KR101599941B1 - 수소 분리 장치 및 이를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

수소 분리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치는, 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치로서, 원심력을 이용하여 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 사이클론을 포함하는 기액 분리부; 기액 분리부의 상부에 배치되고 사이클론에서 분리된 기체를 배출시키는 기체 배출부; 및 기액 분리부의 하부에 배치되고 사이클론에서 분리된 액체를 배출시키는 액체 배출부를 포함하며, 기체 배출부는, 사이클론에서 분리된 기체가 저장되는 분리 챔버; 분리 챔버의 상부에 연결되어 저장된 기체가 외부로 배출되는 기체 배출관; 및 기체 배출관을 통해 배출되는 기체를 희석시키는 희석 유닛을 포함하되, 기체 배출관은 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태로 상기 기체가 배출되도록 개폐가 제어된다.

Description

수소 분리 장치 및 이를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템{APPARATUS FOR SEPARATING HYDROGEN AND SYSTEM FOR TREATING BALLAST WATER HAVING THE SAME}

본 발명은 선박용 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액에서 수소 가스를 분리하는 수소 분리 장치 및 이를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 밸러스트(ballast) 탱크는 화물의 선적 및 하역에 의해 선박의 무게 중심이 변동되는 것을 최소화하여 안전한 항해가 가능하도록 돕기 위한 것으로, 선박 주위의 해수가 밸러스트수로서 밸러스트 탱크에 유입되고 밸러스트 탱크로부터 밸러스트수가 선박 외부로 유출될 수 있다.

그러나, 선박의 안전 운항을 위해 사용되는 밸러스트수는 특정 해역의 생물 또는 병원균 등을 다른 해역으로 전파하는 매체가 되는 문제점을 갖고 있다.

즉, 밸러스트 탱크에 채워지는 밸러스트수에는 각종 해양 생물 및 병원균 등이 포함될 수 있으며, 이러한 밸러스트수의 유입과 유출이 서로 다른 지역에서 이루어지게 되므로, 밸러스트수의 유입 시에 함께 유입된 특정 해역의 해양 생물 또는 병원균이 다른 해역으로 유출됨에 따라 환경과 생태계를 교란시키는 부작용을 유발하게 된다.

이에 따라, 국제해사기구(IMO)에서는 국제적 규약을 통하여 선박에서 밸러스트수의 유출입시 밸러스트수에 포함된 해양 생물이나 병원균을 처리하는 과정을 거치도록 하고 있다.

이 때, 선박의 밸러스트수를 살균 처리하기 위하여, 최근에는 선박 내에서 염수인 해수의 전기 분해 반응을 통해 생성되는 살균 물질인 차아염소산(HClO 또는 ClO-)을 이용하여 밸러스트수를 살균 처리하는 전기 분해 방식의 밸러스트수 처리 시스템이 적용되고 있다.

한편, 해수나 염수를 이용한 전기 분해 반응을 통해 살균 물질인 차아염소산을 생성할 때에는 수소 가스가 발생한다.

이 때, 발생된 수소 가스는 밸러스트수 처리 시스템 내에 잔류하여 있을 경우 폭발이 발생될 위험이 있기 때문에, 가스 분리 장치나 기액 분리기 등을 통하여 수소 가스를 분리하여 배출시킬 필요가 있다.

본 발명의 일 실시예는 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 효과적으로 분리시키는 수소 분리 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예는 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시켜서 안전하게 희석시킨 후 배출하는 수소 분리 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치로서, 원심력을 이용하여 상기 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 사이클론을 포함하는 기액 분리부; 상기 기액 분리부의 상부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 기체를 배출시키는 기체 배출부; 및 상기 기액 분리부의 하부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 액체를 배출시키는 액체 배출부를 포함하며, 상기 기체 배출부는, 상기 사이클론에서 분리된 기체가 저장되는 분리 챔버; 상기 분리 챔버의 상부에 연결되어 상기 저장된 기체가 외부로 배출되는 기체 배출관; 및 상기 기체 배출관을 통해 배출되는 기체를 희석시키는 희석 유닛을 포함하되, 상기 기체 배출관은 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태로 상기 기체가 배출되도록 개폐가 제어되는, 수소 분리 장치가 제공된다.

이 때, 상기 희석 유닛은, 공기 공급관을 통해 상기 기체 배출관의 일측에 연결되는 블로워; 및 상기 공기 공급관보다 상기 기체 배출관의 하류에 설치되어 상기 기체 배출관을 통해 배출되는 기체에 포함된 수소 농도를 감지하는 수소 농도 감지 센서를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 공기 공급관에는 적어도 두 개의 블로워가 연결될 수 있다.

이 때, 상기 공기 공급관에는 압력 센서가 설치될 수 있다.

이 때, 상기 희석 유닛은, 상기 수소 농도 감지 센서 및 상기 압력 센서로부터 전달받은 신호를 이용하여 상기 블로워의 작동을 제어하는 제어기를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 기체 배출부는, 부력을 가지며 상기 분리 챔버의 수위가 높아지면 상기 기체 배출관을 폐쇄하도록 형성되는 개폐 부재를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 기체 배출부는, 상기 분리 챔버와 상기 기체 배출관이 상기 분리 챔버의 상측에 형성된 연통홀을 통해 연통되며, 상기 개폐 부재는 상기 연통홀을 개폐할 수 있도록 형성될 수 있다.

이 때, 상기 기체 배출부는, 상기 기체 배출관과 연통홀을 통해 연통되도록 상기 분리 챔버의 내부 공간에 형성되는 가이드 관을 더 포함하며, 상기 개폐 부재는, 상기 가이드 관의 내부에 승강 가능하도록 지지되고, 상승하는 경우에 상기 연통홀을 폐쇄하도록 형성될 수 있다.

이 때, 상기 가이드 관은 상기 기체 배출관의 하부에 배치되어 상하 방향으로 연장되는 형태로 형성되고, 상기 가이드 관의 외측에는 상기 분리 챔버의 내부 공간과 연통되는 배출홀이 형성될 수 있다.

한편, 상기 기체 배출부에서 누출되는 수소 가스를 감지하는 수소 누출 감지 센서를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 기액 분리부는, 메인 챔버; 및 상기 메인 챔버로 상기 전해 살균액을 공급하는 전해 살균액 공급관을 더 포함하고, 상기 사이클론은 상기 메인 챔버 내부에 설치될 수 있다.

이 때, 상기 사이클론은 복수 개로 구성되며, 상기 복수 개의 사이클론은 상기 메인 챔버 내부에 병렬로 배열될 수 있다.

한편, 상기 액체 배출부는, 상기 사이클론에서 분리된 액체가 저장되는 수집 챔버; 및 상기 수집 챔버에 저장된 액체를 배출시키는 액체 배출관을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 외부의 해수를 상기 선박 내부의 밸러스트 탱크로 공급하는 밸러스트 배관; 상기 밸러스트 배관을 흐르는 해수를 이용하여 전해 살균액을 생산하는 전기 분해 설비; 및 상기 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액에서 기체와 액체를 분리하는 상기 수소 분리 장치를 포함하며, 상기 수소 분리 장치에서 분리된 액체는 상기 밸러스트 배관으로 배출되는, 밸러스트수 처리 시스템이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸러스트수 처리 시스템에 사이클론이 구비된 수소 분리 장치를 포함함으로써, 전해 살균액에서 수소 가스를 분리하여 배출시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 분리 장치에서 부력을 가지는 개폐 부재를 기체 배출부에 설치함으로써, 전해 살균액에 포함된 수소 가스를 효과적으로 분리시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 분리 장치에서 분리된 기체를 블로워를 통해 배출시키고, 배출되는 기체의 수소 농도를 감지함으로써, 수소 가스를 효과적으로 희석시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치가 포함된 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치의 구조를 간략히 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치 중 기체 배출부를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치에서 개폐 부재가 작동되는 모습을 도시한 도면이다.
도 6은 도 4에서 Ⅵ-Ⅵ'의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치 중 개폐 부재를 도시한 사시도이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)가 포함된 밸러스트수 처리 시스템(10)을 간략히 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 밸러스트수 처리 시스템(10)은 선박의 외부에서 유입되는 해수, 즉 밸러스트수를 선박의 내부에 구비된 밸러스트 탱크(18)로 유입시킬 때, 밸러스트수에 함유된 각종 해양 생물 및 병원균 등을 살균 처리하는 시스템으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸러스트 배관(12), 밸러스트 탱크(18), 밸러스트 펌프(11), 전기 분해 설비(14) 및 수소 분리 장치(100)를 포함한다.

이 때, 밸러스트 배관(12)은 선박 외부의 해수가 밸러스트수로서 유입되어 밸러스트 탱크(18)까지 이동되는 배관이다.

또한, 밸러스트 탱크(18)는 밸러스트수가 저장되는 공간으로서, 선박 내에는 복수 개의 밸러스트 탱크(18)가 구비될 수 있다.

한편, 밸러스트 펌프(11)는 유입된 해수가 밸러스트 탱크(18)까지 이동될 수 있는 압력을 제공하는 설비로서, 밸러스트 배관(12)에 설치될 수 있으며, 밸러스트 배관(12)에는 유입되는 해수에서 이물질을 걸러낼 수 있는 필터(13)가 설치될 수도 있다.

또한, 전기 분해 설비(14)는 염수를 전기 분해하여 살균 물질인 차아염소산을 생산하는 설비이다.

이 때, 전기 분해 설비(14)는 밸러스트 배관(12)을 흐르는 해수를 이용하여 살균 물질이 함유된 전해 살균액을 생산할 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸러스트 배관(12)을 흐르는 해수 중 일부가 분기되어 전기 분해 설비(14)로 공급될 수 있다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템(10)은, 밸러스트 배관(12)을 흐르는 해수의 일부를 분기하여 전기 분해 설비(14)로 공급하는 분기 배관(15)을 포함할 수 있다.

이 때, 분기 배관(15)을 통해 전기 분해 설비(14)로 공급된 해수는 전기 분해되어 살균 물질인 차아염소산이 함유된 전해 살균액을 생산할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 생산된 전해 살균액은 다시 밸러스트 배관(12)으로 주입될 수 있다.

이 때, 전기 분해 설비(14)에서 생산된 전해 살균액에는 전기 분해 반응에서 발생되는 수소 가스가 포함되어 있게 되는데, 수소 가스는 폭발 위험이 있으므로, 전해 살균액으로부터 분리시켜 외부로 배출시킨 후에, 밸러스트 배관(12)으로 주입시킬 필요가 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템(10)은, 전기 분해 설비(14)에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치(100)를 포함할 수 있다.

이 때, 수소 분리 장치(100)는 수소 가스가 함유되어 있는 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 장치로서, 도 1을 참조하면, 전기 분해 설비(14)에서 생산된 전해 살균액이 밸러스트 배관(12)으로 주입되기 전에, 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리하여 외부로 배출시킬 수 있다.

이하, 전해 살균액으로부터 수소 가스를 효과적으로 분리시킬 수 있는 수소 분리 장치(100)의 구성을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)의 구조를 간략히 도시한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)의 구조를 도시한 도면으로, 이해의 편의를 위해 단면도로 도시하였다.

수소 분리 장치(100)는 전기 분해 설비(14, 도 1 참조)에서 생산된 전해 살균액에서 기체를 분리하여 배출시키는 장치인데, 분리되는 기체에는 전기 분해 반응에서 발생된 수소 가스가 함유되어 있기 때문에, 전해 살균액으로부터 기체를 분리 배출시킴으로써, 수소 가스를 분리 배출시킬 수 있게 된다.

도 2를 참조하면, 수소 분리 장치(100)는 기액 분리부(120), 액체 배출부(160) 및 기체 배출부(140)를 포함할 수 있다.

기액 분리부(120)는 전기 분해 설비(14, 도 1 참조)에서 생산된 전해 살균액을 액체와 기체로 분리하는 구성이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기액 분리부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이 메인 챔버(122), 전해 살균액 공급관(124) 및 사이클론(126)을 포함할 수 있다.

메인 챔버(122)는 기액 분리부(120)의 몸체로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 일측에 전해 살균액 공급관(124)이 연결되며, 전해 살균액 공급관(124)을 통하여 내부로 전해 살균액이 공급될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 메인 챔버(122)의 내부에는 사이클론(126)이 설치될 수 있다.

사이클론(126)은 원심력을 이용하여 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 장치이다.

이 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 사이클론(126)의 일측에는 메인 챔버(122)의 내부 공간으로 공급된 전해 살균액이 유입될 수 있도록 투입구(127)가 형성될 수 있으며, 상단에는 분리된 기체가 배출되는 기체 배출구(128)이 형성되고, 하단에는 분리된 액체가 배출되는 액체 배출구(129)가 형성될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사이클론(126)은 원통 또는 원추 형태로 형성될 수 있으며, 내부로 유입된 전해 살균액을 고속으로 회전시킴으로써, 원심력에 의하여 전해 살균액을 기체와 액체로 분리시킬 수 있다.

보다 상세히, 고속으로 회전하는 전해 살균액의 원심력에 의하여, 중량이나 밀도가 큰 액체 성분이 사이클론(126)의 내벽으로 모이면서, 원추 형태의 사이클론(126)을 따라 하부로 이동되어, 액체 배출구(129)를 통해 분리될 수 있다.

이 때, 중량이나 밀도가 작은 기체 성분은 사이클론(126)의 중심축에 모여서 상승하는 와류를 형성하게 됨으로써, 상단의 기체 배출구(128)를 통해 분리되어 배출될 수 있다.

그러나, 사이클론(126)의 형태나 구조는 전술한 구성에 한정되는 것은 아니며, 원심력을 이용하여 액체와 기체를 분리하는 구성은 모두 이에 포함될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 사이클론(126)은 복수 개로 구성될 수 있다.

예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 수소 분리 장치(100)의 메인 챔버(122)의 내부에는 2개의 사이클론(126)이 설치될 수 있지만, 사이클론(126)의 개수가 2개에 한정되는 것은 아니다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 사이클론(126)은 병렬로 배열됨으로써, 전해 살균액에 대한 기액 분리 작업을 한정된 공간 내에서 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

한편, 전술한 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리되어 액체 배출구(129)를 통해 배출된 액체는 액체 배출부(160)에 수집되어 배출될 수 있다.

즉, 액체 배출부(160)는 기액 분리부(120)에서 분리된 액체를 수집하여 배출시키는 구성이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체 배출부(160)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 기액 분리부(120)의 하부에 배치될 수 있다.

이는, 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리된 액체는 하부로 분리되기 때문에, 특별한 이동 수단 없이 분리된 액체의 자중 만으로 액체를 용이하게 수집할 수 있기 때문이다.

이 때, 도 2 및 도 3를 참조하면, 액체 배출부(160)는 수집 챔버(162) 및 액체 배출관(164)을 포함할 수 있다.

이 때, 수집 챔버(162)는 사이클론(126)에서 분리된 액체를 수집하는 공간이며, 액체 배출관(164)은 수집 챔버(162)에 수집된 액체, 즉 수소 가스를 포함한 기체가 분리된, 전해 살균액을 밸러스트 배관(12, 도 1 참조)으로 배출시키기 위한 배관이다.

이 때, 도 3을 참조하면, 수집 챔버(162)는 복수 개의 사이클론(126)에서 배출되는 액체를 모두 수집할 수 있도록 형성될 수 있다.

또한, 액체 배출관(164)을 통하여 기체(수소 가스)가 제거된 상태의 전해 살균액이 밸러스트 배관(12, 도 1 참조)으로 주입됨으로써, 수소 가스에 의한 폭발 위험을 방지할 수 있다.

한편, 기액 분리부(120)에서 분리된 기체는 기체 배출부(140)에 수집되어 배출될 수 있다.

즉, 기체 배출부(140)는 기액 분리부(120)에서 분리된 기체를 수집하여 배출시키는 구성인데, 분리된 기체에는 수소 가스가 포함되어 있으므로, 기체 배출부(140)에서 기체를 수집하고 희석하여 외부로 배출시킴으로써, 전기 분해 과정에 의하여 발생되는 수소 가스를 안전하게 외부로 배출시킬 수 있는 것이다.

후술하겠지만, 도 2를 참조하면, 기체 배출부(140)는 희석 유닛(170) 및 수소 누출 감지 센서(180)를 이용하여, 배출되는 수소 가스를 희석시키고, 수소 가스의 누출 여부를 모니터링 함으로써, 수소 가스를 안전하게 외부로 배출시킬 수 있다.

또한, 전술한 기액 분리부(120)는 전기 분해 설비(14)에서 생산된 전해 살균액을 1차로 액체와 기체로 분리하는 구성이라면, 후술할 기체 배출부(140)는 1차로 분리되어 수집된 기체에 잔존하는 액체 성분을 2차로 분리하여, 기체 성분만을 외부로 배출시키는 구성이다.

이하, 기체 배출부(140)를 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100) 중 기체 배출부(140)를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)에서 개폐 부재(130)가 작동되는 모습을 도시한 도면으로, 이해의 편의를 위해 도 4 및 도 5는 일부를 단면도로 도시하였다.

도 6은 도 4에서 Ⅵ-Ⅵ'의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100) 중 개폐 부재(130)를 도시한 사시도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)에서 기체 배출부(140)는, 도 2, 3을 참조하면, 기액 분리부(120)의 상부에 배치될 수 있다.

이는, 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리된 기체는 상부로 배출되기 때문에, 배출되는 기체를 용이하게 수집할 수 있기 때문이다.

도 4를 참조하면, 기체 배출부(140)는 분리 챔버(142), 기체 배출관(144), 가이드 관(150), 개폐 부재(130), 희석 유닛(170) 및 수소 누출 감지 센서(180)를 포함할 수 있다.

분리 챔버(142)는 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리된 기체가 저장되는 공간이다.

이 때, 분리 챔버(142)에 저장되는 기체에는 일부 액체 성분이 포함되어 있을 수 있다.

보다 상세히, 기액 분리부(120)의 사이클론(126)은 회전에 의한 원심력을 이용하여 액체와 기체를 분리하는데, 사이클론(126)의 하부로는 액체가 분리되고, 상부로는 기체가 분리된다.

이 때, 사이클론(126)의 상부로 배출되는 기체에는 사이클론(126)에서의 고속 회전력 등의 영향에 의하여 액적(液滴), 즉 액체 성분이 일부 포함될 수 있다.

이에 따라, 사이클론(126)에서 분리된 기체가 저장되는 분리 챔버(142)에는 엄밀하게는 기체뿐만 아니라, 기체에 포함된 액체 성분이 함께 저장되게 된다.

즉, 분리 챔버(142)에는 기체와 액체가 함께 존재하게 된다.

따라서, 본 명세서에서 분리 챔버(142)에 존재하는 '액체'란, 분리 챔버(142)에 수집된 기체에 잔존하는 액체 성분 또는 액적이 모여서 형성된 액체를 의미한다.

이 때, 분리 챔버(142)에 저장된 기체와 액체 중 기체 성분만을 외부로 배출시킬 필요가 있는데, 기체 배출관(144)을 통해 배출시킬 수 있다.

즉, 기체 배출관(144)은 분리 챔버(142)에 저장된 기체, 보다 상세히는 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태의 기체를 배출시키는 배관이다.

이 때, 기체에는 전해 살균액에 생성될 때 전기 반응에 의해 발생된 수소 가스가 포함되므로, 기체 배출관(144)을 통해 분리 챔버(142)에 저장된 기체를 배출시킴에 따라, 결과적으로 전해 살균액에 포함된 수소 가스를 분리하여 배출시킬 수 있게 된다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 기체 배출관(144)은 분리 챔버(142)와 연통되어, 분리 챔버(142)에 저장된 기체를 배출시키도록 분리 챔버(142)의 상부에 연결될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 기체 배출관(144)은 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 양에 따라 개폐를 제어함으로써, 액체를 제외한 기체 성분만을 배출시킬 수 있는데, 이를 위해, 기체 배출부(140)는 개폐 부재(130) 및 가이드 관(150)을 포함한다.

보다 상세히, 개폐 부재(130)는 기체 배출관(144)을 개폐하는 부재로서, 도 4 및 도 5를 참조하면, 분리 챔버(142)에 저장된 액체에 부유되도록 부력을 가지도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 양이 적어서 수위가 낮은 경우에, 개폐 부재(130)는 기체 배출관(144)을 개방하지만, 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 양이 많아져서 수위가 높아지면, 개폐 부재(130)는 기체 배출관(144)을 폐쇄할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(142) 내부 공간은 분리 챔버(142)의 상측에 형성된 연통홀(145)을 통하여 기체 배출관(144)과 연통될 수 있으며, 개폐 부재(130)는 승강을 통하여 연통홀(145)을 개폐함으로써 기체 배출관(144)을 개폐할 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가이드 관(150)은 분리 챔버(142)의 내부 공간에 형성될 수 있다.

가이드 관(150)은 개폐 부재(130)를 내부에 구비하여, 개폐 부재(130)의 승강을 가이드 하는 구성이며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 연통홀(145)을 통해 기체 배출관(144)과 연통될 수 있도록 기체 배출관(144)의 하부에 형성될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가이드 관(150)은 개폐 부재(130)의 승강 움직임을 가이드 할 수 있도록 상하 방향으로 연장되는 형태이고, 속이 빈 관 형태로 형성될 수 있다.

또한, 가이드 관(150)의 외측에는 분리 챔버(142)의 내부 공간과 연통되는 배출홀(155)이 복수 개 형성될 수 있다.

한편, 기체 배출부(140)에서 액체와 기체를 한번 더 분리하여, 기체만을 외부로 배출시키는 과정을 상세히 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(142)에는 사이클론(126)의 기체 배출구(128)에서 배출되는 기체가 수집되는데, 수집된 기체에는 액체 성분이 포함되어 있으므로, 분리 챔버(142)에는 액체와 기체가 함께 저장된다.

이 때, 분리 챔버(142)에 존재하는 액체는 그대로 저장되지만, 기체는 가이드 관(150)에 형성된 배출홀(155)을 통하여 가이드 관(150)으로 유입되고, 이어서 연통홀(145)을 통하여 기체 배출관(144)으로 배출된다.

이 때, 분리 챔버(142)에 존재하는 액체의 양이 많지 않은 경우라면, 도 4에 도시된 바와 같이, 가이드 관(150) 내부에 존재하는 개폐 부재(130)는 가이드 관(150)의 하부에 위치되고, 연통홀(145)은 개방된 상태가 되므로, 기체 배출관(144)을 통한 기체의 배출이 가능하다.

한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(142)에 존재하는 액체의 양이 많아지게 되면, 액체의 수위가 높아짐에 따라, 부력을 가지는 개폐 부재(130)가 가이드 관(150) 내부에서 상승하게 되므로, 연통홀(145)을 폐쇄하게 된다.

이에 따라, 기체 배출관(144)을 통해 기체가 배출될 수 없게 된다.

결국, 분리 챔버(142)에 저장된 액체와 기체 중에서, 액체를 제외한 기체 성분 만이 기체 배출관(144)을 통해 외부로 배출될 수 있으므로, 기액 분리 효과를 보다 높일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 개폐 부재(130)의 상부 측, 연통홀(145)을 폐쇄하는 부분에는 패킹 부재(132)가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 연통홀(145)은 하부 방향으로 볼록한 볼록부(146)에 형성될 수 있으며, 이에 따라, 도 7을 참조하면, 개폐 부재(130)의 상부 측에는 볼록부(146)에 대응되는 오목부(136)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 밀폐 효과를 향상시킬 수 있으므로, 연통홀(145)을 통해 액체가 배출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 개폐 부재(130)가 가이드 관(150) 내부에서 원활히 승강될 수 있도록, 개폐 부재(130)의 외측에는 상하 방향으로 제 1 가이드 부재(137)가 형성될 수 있으며, 가이드 관(150)의 내측에는 제 1 가이드 부재(137)에 대응되는 제 2 가이드 부재(157)가 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 6을 참조하면, 개폐 부재(130)의 외측에는 볼록한 형태의 제 1 가이드 부재(137)가 형성될 수 있으며, 가이드 관(150)의 내측에는 제 1 가이드 부재(137)의 형태에 대응되는 오목한 형태의 제 2 가이드 부재(157)가 형성될 수 있다.

그러나, 제 1 가이드 부재(137) 및 제 2 가이드 부재(157)의 형상이 이에 한정되는 것은 아니며, 서로 대응되는 다양한 형태로 형성될 수 있다.

이에 따라, 개폐 부재(130)는 가이드 관(150)의 내부에서 상하 승강 이동이 가능하게 지지될 수 있다.

이하, 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 수소 가스를 희석하는 희석 유닛(170)을 설명한다.

즉, 본 명세서에서 '희석'이란 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 기체에 포함되어 있는 수소 가스의 농도를 떨어뜨리는 것을 의미한다.

희석 유닛(170)은 외부의 공기를 공급하여, 기체 배출관(144)으로 배출되는 수소 가스를 희석시키면서 안전하고 원활하게 배출시키기 위한 구성으로, 도 4를 참고하면, 희석 유닛(170)은 블로워(172), 공기 공급관(174), 제어기(175), 압력 센서(176) 및 수소 농도 감지 센서(178)를 포함할 수 있다.

블로워(172)는 외부의 공기를 흡입하여 고압으로 송출하는 송풍기를 포함하며, 공기 공급관(174)에 의해 기체 배출관(144)의 일측과 연결될 수 있다.

이 때, 도 4를 참조하면, 블로워(172)에서 송출되는 고압의 공기는 공기 공급관(174)을 통하여 기체 배출관(144)으로 공급될 수 있다.

이에 따라, 기체 배출관(144)으로 배출되는 기체, 특히 폭발 위험이 있는 수소 가스를 고압의 공기로 희석시킬 수 있으며, 배출되는 공기의 압력에 의하여 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 기체에 원활한 배출을 위한 구동 압력을 제공할 수 있다.

또한, 기체 배출관(144)으로 배출되는 기체가 역류하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 블로워(172)는 적어도 두 개로 구성될 수 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 블로워(172)는 두 개로 구성될 수 있는데, 이를 통해 공기 공급관(174)을 통해 배출되는 공기의 압력을 높일 수 있으며, 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 기체에 포함된 수소 가스의 농도를 폭발 범위 이하로 유지시킬 수 있도록 충분한 공기를 공급할 수 있다.

또한, 한 개의 블로워(172)를 비상시를 위한 여분의 장치, 즉 리던던시(redundancy)로 구비함으로써, 한 개의 블로워(172)가 고장나더라도 나머지 블로워(172)를 정상적으로 작동시킬 수 있으므로, 수소 가스 희석 기능을 정상적으로 수행할 수 있다.

한편, 여분의 블로워(172)를 운용함으로써, 기체 배출관(144)에 수소 가스가 잔류하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

예를 들어, 전기 분해 설비(14, 도 1 참조)를 가동하기 전에 메인 블로워가 가동되기 전이라도 여분의 블로워를 미리 가동함으로써, 기체 배출관(144)에 잔류되어 있는 수소 가스를 배출시킬 수 있다.

또한, 전기 분해 설비(14, 도 1 참조)의 가동을 종료한 후에 메인 블로워의 가동이 종료된 후라도 여분의 블로워를 추가 가동함으로써, 기체 배출관(144)에 수소 가스가 잔류하는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 희석 유닛(170)은 압력 센서(176), 수소 농도 감지 센서(178) 및 제어기(175)를 포함할 수 있다.

압력 센서(176)는 공기 공급관(174)을 통과하는 공기의 압력을 측정하는 센서로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기 공급관(174)에 설치될 수 있다.

이에 따라, 공기 공급관(174)을 통해 기체 배출관(144)으로 공급되는 공기의 압력을 측정할 수 있으며, 블로워(172)의 정상 작동 여부를 감지할 수 있다.

수소 농도 감지 센서(178)는 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 기체에 포함된 수소 가스 농도를 측정하는 센서로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기체 배출관(144)에 설치될 수 있다.

이 때, 수소 농도 감지 센서(178)는 공기 공급관(174)이 연결된 지점보다 기체 배출관(144)의 하류에 설치될 수 있다.

이에 따라, 수소 농도 감지 센서(178)는 블로워(172)를 통하여 공기가 공급되어 희석된 상태의 기체에 포함된 수소 가스 농도를 측정할 수 있다.

본 명세서에서 '하류'는 유체의 흐름을 기준으로 정의한 것으로, 기체 배출관(144)의 경우 배출되는 기체의 흐름을 기준으로 하류를 의미한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 블로워(172), 압력 센서(176) 및 수소 농도 감지 센서(178)는 제어기(175)와 연결될 수 있다.

이에 따라, 제어기(175)는 수소 농도 감지 센서(178) 및 압력 센서(176)로부터 전달받은 신호를 이용하여 블로워(172)의 작동을 제어할 수 있다.

예를 들어, 수소 농도 감지 센서(178)에서 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 기체에 포함된 수소 가스 농도를 측정하여, 이를 제어기(175)에 전달하며, 제어기(175)에서는 측정된 수소 가스 농도를 이용하여 이를 폭발 가능 농도 이하로 유지하기 위한 공기 공급 압력을 계산한 후, 블로워(172)를 구동시킬 수 있다.

이어서, 압력 센서(176)에서 블로워(172)에 의해 공기 공급관(174)으로 공급되는 공기의 압력을 측정하고, 이는 다시 제어기(175)로 전달되어 블로워(172)의 정상 작동 여부를 모니터링 할 수 있으며, 또한 제어기(175)는 압력 센서(176)에서 측정된 공기의 압력과 수소 농도 감지 센서(178)에서 측정된 수소 가스 농도를 폭발 가능 농도 이하로 유지하기 위한 기준치를 비교하여 블로워(172)의 출력을 제어할 수 있다.

다만, 전술한 제어 과정은 본 발명의 일 실시예이며, 본 발명의 제어 과정이 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 기체 배출부(140)는 수소 누출 감지 센서(180)를 포함할 수 있다.

수소 누출 감지 센서(180)는 기체 배출부(140)에서 누출되는 수소 가스를 감지하는 센서로서, 기체 배출부(140)의 외부에 배치될 수 있다.

기체 배출부(140)는 전술한 바와 같이 기체 배출관(144), 공기 공급관(174) 등의 배관이 연결되어 있으며, 분리 챔버(142)에 수집된 기체가 개폐 부재(130)를 통해 배출되는 등 수소 가스가 외부로 누출될 위험이 있으므로, 수소 누출 감지 센서(180)를 통하여 기체 배출부(140)에서 누출되는 수소 가스를 감지할 수 있다.

이 때, 수소 누출 감지 센서(180)에서 감지되는 신호를 외부 출력 장치(미도시)와 연결함으로써, 기체 배출부(140)에서의 수소 가스 누출 여부를 실시간으로 모니터링 및 관리할 수 있으며, 수소 가스 누출로 인한 폭발 사고를 미연에 방지할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)는, 사이클론(126)이 구비된 기액 분리부(120)를 통하여 전해 살균액으로부터 수소 가스를 포함한 기체 성분을 분리시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기액 분리부(120)에서 분리된 기체를 수집한 기체 배출부(140)에서 한번 더 기체를 분리하고, 이 때, 기체 배출부(140)에는 부력을 이용하여 기체 배출관(144)을 개폐하는 개폐 부재(130)가 설치됨으로써, 수소 가스를 보다 효과적으로 분리시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 분리 장치(100)에서 분리된 기체를 고압의 공기를 공급하는 블로워(172)를 통해 배출시키고, 배출되는 기체에 포함된 수소 농도를 감지함으로써, 수소 가스를 효과적으로 희석시킬 수 있으며, 이를 통해 수소 가스로 인한 폭발 사고를 방지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 밸러스트수 처리 시스템 11 밸러스트 펌프
12 밸러스트 배관 13 필터
14 전기 분해 설비 15 분기 배관
18 밸러스트 탱크 100 수소 분리 장치
120 기액 분리부 122 메인 챔버
124 전해 살균액 공급관 126 사이클론
127 투입구 128 기체 배출구
129 액체 배출구 130 개폐 부재
132 패킹 부재 136 오목부
137 제 1 가이드 부재 140 기체 배출부
142 분리 챔버 144 기체 배출관
145 연통홀 146 볼록부
150 가이드 관 155 배출홀
157 제 2 가이드 부재 160 액체 배출부
162 수집 챔버 164 액체 배출관
170 희석 유닛 172 블로워
174 공기 공급관 175 제어기
176 압력 센서 178 수소 농도 감지 센서
180 수소 누출 감지 센서

Claims (13)

1. 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치로서,
   원심력을 이용하여 상기 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 사이클론을 포함하는 기액 분리부;
   상기 기액 분리부의 상부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 기체를 배출시키는 기체 배출부; 및
   상기 기액 분리부의 하부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 액체를 배출시키는 액체 배출부를 포함하며,
   상기 기체 배출부는,
   상기 기액 분리부와 연결되어 상기 기액 분리부에서 분리된 기체가 저장되는 분리 챔버;
   상기 분리 챔버의 상부에 연결되어 상기 분리 챔버에 저장된 기체가 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태로 외부로 배출되는 기체 배출관;
   부력을 가지며 상기 분리 챔버의 수위가 높아지면 상기 기체 배출관을 폐쇄하도록 형성되는 개폐 부재; 및
   상기 기체 배출관을 통해 배출되는 기체를 희석시키는 희석 유닛을 포함하고,
   상기 희석 유닛은,
   공기 공급관을 통해 상기 기체 배출관의 일측에 연결되어 상기 기체 배출관으로 공기를 공급하는 적어도 두 개의 블로워;
   상기 공기 공급관보다 상기 기체 배출관의 하류에 설치되어 상기 기체 배출관을 통해 배출되는 기체에 포함된 수소 농도를 감지하는 수소 농도 감지 센서; 및
   상기 수소 농도 감지 센서로부터 전달받은 신호를 이용하여 상기 블로워의 작동을 제어하는 제어기를 포함하는, 수소 분리 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 공기 공급관에는 압력 센서가 설치되며,
   상기 제어기는 상기 압력 센서로부터 전달받은 신호를 이용하여 상기 블로워의 작동을 제어하는, 수소 분리 장치.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 기체 배출부는,
   상기 분리 챔버와 상기 기체 배출관이 상기 분리 챔버의 상측에 형성된 연통홀을 통해 연통되며,
   상기 개폐 부재는 상기 연통홀을 개폐할 수 있도록 형성되는, 수소 분리 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 기체 배출부는,
   상기 기체 배출관과 연통홀을 통해 연통되도록 상기 분리 챔버의 내부 공간에 형성되는 가이드 관을 더 포함하며,
   상기 개폐 부재는,
   상기 가이드 관의 내부에 승강 가능하도록 지지되고,
   상승하는 경우에 상기 연통홀을 폐쇄하도록 형성되는, 수소 분리 장치.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 가이드 관은 상기 기체 배출관의 하부에 배치되어 상하 방향으로 연장되는 형태로 형성되고,
   상기 가이드 관의 외측에는 상기 분리 챔버의 내부 공간과 연통되는 배출홀이 형성되는, 수소 분리 장치.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 기체 배출부는,
   상기 기체 배출부에서 누출되는 수소 가스를 감지하는 수소 누출 감지 센서를 더 포함하는, 수소 분리 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기액 분리부는,
    메인 챔버; 및 상기 메인 챔버로 상기 전해 살균액을 공급하는 전해 살균액 공급관을 더 포함하고,
    상기 사이클론은 상기 메인 챔버 내부에 설치되는, 수소 분리 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 사이클론은 복수 개로 구성되며,
    상기 복수 개의 사이클론은 상기 메인 챔버 내부에 병렬로 배열되는, 수소 분리 장치.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 배출부는,
    상기 사이클론에서 분리된 액체가 저장되는 수집 챔버; 및
    상기 수집 챔버에 저장된 액체를 배출시키는 액체 배출관을 포함하는, 수소 분리 장치.
13. 선박 외부의 해수를 상기 선박 내부의 밸러스트 탱크로 공급하는 밸러스트 배관;
    상기 밸러스트 배관을 흐르는 해수를 이용하여 전해 살균액을 생산하는 전기 분해 설비; 및
    상기 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액에서 기체와 액체를 분리하는 상기 제 1 항, 제 4 항, 제 6 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 수소 분리 장치를 포함하며,
    상기 수소 분리 장치에서 분리된 액체는 상기 밸러스트 배관으로 배출되는, 밸러스트수 처리 시스템.

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